FR3033399A3 - Convoyeur d'air pour pompe a chaleur - Google Patents

Abstract

L'objet de la présente invention est une pompe à chaleur (HP) air-air ou air-eau dans laquelle, pour amener l'air composant la source de chaleur pour l'évaporateur (102) vers son front (106), on prévoit un convoyeur (104) d'air. L'invention prévoit des moyens pour améliorer l'uniformité de distribution de l'air sur le front de l'évaporateur (106). Selon une variante préférée, on prévoit des guides de flux (107) qui forment des canaux (108) finissant sensiblement en contact avec ledit front de l'évaporateur (106) avec des sections de surface de sortie Si de sorte que, en correspondance, la densité de débit d'air est sensiblement égale pour chacun desdits canaux (108). Les avantages de l'invention résident dans le fait qu'une distribution uniforme de la densité de débit de l'air améliore le rendement de la pompe à chaleur (HP).

Description

1 CONVOYEUR D'AIR POUR POMPE A CHALEUR La présente invention concerne des moyens de perfectionnement d'un échangeur de chaleur entre l'air 5 et un autre milieu, où son front d'entrée du côté de l'air est plan. En particulier, un tel échangeur de chaleur est un échangeur d'une pompe à chaleur. Encore plus particulièrement, un tel échangeur de 10 chaleur est l'évaporateur d'une pompe à chaleur air-eau ou air-air dans laquelle par conséquent la source de chaleur est l'air qui traverse un évaporateur, dotée d'un convoyeur de l'air à envoyer à l'évaporateur et où, mais uniquement de préférence, ladite pompe à 15 chaleur, si elle est du type air-eau : - est destinée à la production d'eau chaude sanitaire ; - est prévue pour l'utilisation domestique ou pour des activités commerciales ; 20 - est destinée à être installée dans des lieux internes, tels qu'en général, les locaux techniques, les sous-sols ou les débarras ; - utilise en tant que source de chaleur, l'air provenant d'un milieu différent de celui de 25 l'installation. Sans perte de généralité, la description suivante fera, en particulier, référence aux pompes à chaleur air-eau mentionnées ci-dessus. Dans de telles pompes à chaleur, même si elles 30 sont installées à l'intérieur d'un bâtiment, on utilise pratiquement toujours, en tant que source froide, l'air du milieu externe ; on prévoit, par conséquent, un conduit d'alimentation pour envoyer, vers l'évaporateur, l'air prélevé de l'extérieur et une 35 canalisation d'expulsion de ce même air à l'extérieur. 3033399 2 Les conduits utilisés dans les pompes à chaleur air-eau sont normalement de section circulaire avec un diamètre croissant, pour des débits de fonctionnement croissants. Typiquement, pour des applications domestiques, les diamètres distribués dans le commerce sont de 100, 125, 150, 160, 200 mm et quoi qu'il en soit suggérés par le fabricant. Des sections rectangulaires sont utilisées uniquement pour des applications avec de faibles débits. Les dessins joints à la description illustrent des conduits circulaires sans pour autant supprimer la généralité à l'invention. Le fait que la localisation de la pompe à chaleur soit, autant que possible, un sous-sol, implique que, de préférence, l'entrée de l'air dans la machine soit réalisée en hauteur, afin de pouvoir raccorder un tronçon de conduit descendant à la verticale au moins au niveau du sol, raccordé avec un coude à une partie antérieure de conduit horizontale raccordée à la prise d'air sur un mur extérieur du bâtiment.

D'autre part, pour des raisons de construction, il est préférable que l'évaporateur de la pompe à chaleur soit disposé avec un agencement vertical, au moins pour une expulsion facile, en aval, de l'air qui donc doit le traverser dans une direction horizontale du flux.

Dans de telles pompes à chaleur, on prévoit par conséquent, à l'entrée de l'air, un convoyeur qui dévie la direction du flux d'air de 90° de la verticale à l'horizontale. Le convoyeur dispose d'une entrée sur laquelle s'engage le conduit vertical qui est sensiblement presque toujours précédé, comme mentionné, d'au moins une autre déviation de 90°, dans un coude. Les brusques déviations du flux d'air produisent de fortes turbulences et non-uniformités de flux et par conséquent, d'importantes pertes de charge et une 35 mauvaise distribution de l'air dans l'évaporateur. Ceci 3033399 3 affecte le rendement de la machine et est source de nuisance sonore. Par ailleurs, la machine et les conduits d'alimentation doivent être conçus pour être le moins 5 encombrants possible et il n'y a donc pas la possibilité de disposer de courbes de raccordement de faible courbure à chacun des changements de direction. Un but de la présente invention est de réduire sensiblement la turbulence de l'air dans les conduits 10 d'alimentation et dans le convoyeur en amont de l'évaporateur. Un autre but de la présente invention est de réduire le bruit de l'air dans ces mêmes conduits et convoyeur.

15 Un autre but, au moins de certaines variantes de la présente invention, est d'améliorer sensiblement l'uniformité de distribution du flux d'air à l'entrée de l'évaporateur. Un autre but, au moins de certaines variantes de 20 la présente invention, est d'améliorer sensiblement le rendement de la pompe à chaleur. Un autre but, au moins de certaines variantes de la présente invention, est d'améliorer sensiblement la capacité frigorifique de la pompe à chaleur.

25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention conforme aux revendications principales et de certaines variantes préférées 30 conformes aux revendications dépendantes, le tout illustré uniquement à titre exemplaire et non limitatif, dans les dessins joints, dans lesquels : - la figure 1 représente la partie supérieure d'une pompe à chaleur apte à utiliser les enseignements 3033399 4 de la présente invention et comprenant des conduits d'alimentation et d'expulsion d'air ; - la figure 2, détaillée de (a) à (e), représente, sur des graphiques se composant de profils et de 5 topographies, les distributions possibles de la vitesse de l'air dans différentes parties d'un conduit, à partir d'une première partie en amont d'une zone (a) rectiligne de longueur quelconque à une partie successive en correspondance d'un coude (b) jusqu'aux 10 autres parties rectilignes suivantes (c), (d) et (e) en aval du coude et à distances croissantes de ce dernier ; les profils indiquent l'évolution des vitesses sur le plan de symétrie du conduit et les topographies, avec différentes intensités d'évolutions 15 de claire à sombre des vitesses sur le plan orthogonal à l'axe du conduit ; - la figure 3 représente schématiquement un convoyeur possible selon l'état de la technique connu, observé en coupe selon un plan de symétrie vertical ; 20 - la figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation de convoyeur selon l'invention, observé en coupe selon un plan de symétrie vertical ; - la figure 5 représente schématiquement un convoyeur selon un mode de réalisation préféré de 25 l'invention, toujours observé en coupe selon un plan de symétrie vertical ; - les figures 6.a et 6.b représentent une distribution possible des vitesses moyennes de l'air à l'entrée du convoyeur respectivement par 30 l'intermédiaire d'une topographie sur un plan orthogonal à la direction desdites vitesses, ainsi que par l'intermédiaire du tracé de leur profil selon un plan parallèle aux mêmes vitesses ; la figure 6.a représente en outre des détails de moyens selon l'invention ; 3033399 5 - la figure 7 représente un détail de la figure 5 ; - la figure 8 représente en axonométrie ce même convoyeur de la figure 5 ; 5 - la figure 9 représente, en coupe selon le plan de symétrie du conduit d'alimentation de la figure 1, des déflecteurs d'air possibles selon l'invention placés dans une courbe présente dans ledit conduit ; - la figure 10 représente schématiquement un 10 second mode de réalisation de convoyeur selon l'invention en coupe par rapport à son plan de symétrie vertical ; - la figure 11 représente schématiquement, de manière plus détaillée, ce même convoyeur de la figure 15 5 et deux autres coupes sur des plans orthogonaux aux directions d'entrée et de sortie d'air dudit convoyeur. Il est entendu que l'un quelconque des termes spatiaux tels que « haut/bas » utilisés éventuellement ci-après, fait référence à la position que prennent les 20 éléments qui seront décrits dans des conditions de fonctionnement, alors que les termes de position relative tels que « en amont/en aval », « précédé/suivant » font référence à l'ordre selon lequel les éléments décrits rencontrent l'air envoyé à 25 l'évaporateur dans des conditions de fonctionnement. Toutes les flèches indiquent la direction du trajet de l'air à destination de l'évaporateur. L'invention est décrite ci-après en référence à un mode de réalisation préféré de l'évaporateur d'une pompe à 30 chaleur indifféremment du type air-air ou air-eau. Sur la figure 1, on représente la partie supérieure 1 (ou tête 1) d'une pompe à chaleur HP (indifféremment du type air-air ou air-eau) installée dans une pièce V. En regard de la tête 1, un conduit 35 d'alimentation 2 guide l'air prélevé dans le milieu 3033399 6 externe E de la pompe à chaleur HP. Un conduit d'expulsion 3 capte l'air de la pompe à chaleur HP, après son écoulement à travers l'évaporateur et le renvoie dans le milieu externe E.

5 Le conduit d'alimentation 2, peut être représenté avec une partie horizontale 201 possible débutant dans le milieu externe E suivie par un coude 202 à son tour suivi par une partie verticale 203 raccordée à la pompe à chaleur HP.

10 Les figures 3, 4 et 5 de la tête 1, représente schématiquement certains des éléments principaux de la pompe à chaleur HP, c'est-à-dire l'enveloppe 101, l'évaporateur 102, le front de l'évaporateur106, sensiblement plan, à partir duquel l'air pénètre dans 15 l'évaporateur, le ventilateur 103, le convoyeur 104, l'entrée d'air 105 du convoyeur 104. Le convoyeur 104, connu en soi, peut être défini comme une chambre de raccord entre l'entrée d'air 105 et l'évaporateur 102 ayant le but de distribuer le flux 20 d'air de manière la plus uniforme possible Sur le front de l'évaporateur106, qui est rectangulaire. A cette répartition uniforme, s'oppose des obstacles importants tels que les changements de direction du flux d'air, les changements de section 25 entre l'entrée d'air 105 et le front de l'évaporateur 106 et enfin, la forme anguleuse du convoyeur 104 qui, selon l'état de la technique connu, comme représenté sur la figure 3, est simplement un volume qui occupe une partie majeure de l'espace interne de l'enveloppe 30 101. Un tourbillonnement est généré uniquement en partie, par le changement de direction et de la section interne du convoyeur 104 car il dépend également de la présence ou pas du conduit d'alimentation 2 et de sa 35 forme, il dépend également de la présence ou pas à 3033399 7 l'intérieur d'un tel conduit 2, de moyens appropriés de guide d'air prévus par l'invention pour réduire le tourbillonnement. Par conséquent, aux fins de l'invention, même le conduit d'alimentation 2, au moins 5 à partir du dernier coude 202 avant le convoyeur, doit être considéré, lorsqu'il est présent, comme partie essentielle de la pompe à chaleur HP, pour les effets, modifiables selon l'invention, qu'il produit en aval. En référence à la figure 2, on examine maintenant 10 du point de vue qualitatif, l'état de l'air à l'intérieur d'un conduit d'alimentation 2 valable au moins pour des débits d'air dans les pompes à chaleur HP pour des applications domestiques (100 700 m3/h) et avec des diamètres typiques de canalisations (100 mm 15 200 mm). Les vitesses résultantes comportent un flux d'air toujours turbulent. Dans un conduit circulaire, dans une partie rectiligne avec un flux d'air stabilisé, qui ne ressent plus de perturbations subies en amont, le profil des 20 vitesses moyennes est celui de la figure 2.a : centralement, le profil est quasiment plat alors qu'il diminue presque linéairement sur les côtés par effet de bord. Une courbe 202 (figure 2.b) par la présence d'un 25 coude 202 perturbe le flux ; dans le cas d'une courbe à 90°, les lignes de courant des fluides sont accélérées dans l'extrados de la courbe et ralenties dans l'intrados, générant à la sortie de la courbe 202, un profil moyen des vitesses, comme représenté. A la 30 distance LO = 0 de la courbe 202, on observe un pic de vitesse décentré de l'axe du conduit et une zone de basse vitesse en plus des tourbillons référencés 204. La topographie correspondante montre comment l'accélération dans l'extrados de la courbe 202 crée 35 une redistribution en « fer à cheval » avec une 3033399 8 concavité vers l'intrados. Cet effet est principalement marqué pour des débits croissants et des diamètres décroissants. Pour des distances croissantes à partir de la 5 courbe 202 (L1 > LO), le déséquilibre du flux a tendance à diminuer avec une redistribution des flux comme illustré sur la figure 2.c, bien qu'il subsiste des tourbillons 204. Pour L2 > Li (voir la figure 2.d), le flux se 10 redistribue encore plus avec un profil de vitesse qui tend vers un écoulement turbulent, déjà vu sur la figure 2.a, mais qui est atteint effectivement uniquement à une distance marquée L3 » L1 de la courbe 202 (voir la figure 2.e).

15 On définit comme « densité de débit », le débit d'air par unité de surface de la section d'un conduit générique orthogonalement à la direction du flux d'air, on observe qu'une telle densité de débit est dotée de symétrie centrale par rapport à l'axe d'un conduit, en 20 particulier circulaire, où le flux d'air n'est pas perturbé par des courbes en amont 202 (voir les figures 2.a et 2.e) alors que, en plus des tourbillons, il y a une asymétrie centrale prononcée dans les parties influencées par une courbe 202 en amont.

25 Selon la distance LO, L1, L2 ou L3 entre le coude 202 et l'entrée d'air 105, la distribution des vitesses de l'air par rapport à l'entrée d'air 105, est représentée par l'une des distributions observées sur les figures 2.b à 2.e. Les espaces étroits en général 30 disponibles dans la pièce d'installation V, rendent plus probables les distributions fortement déséquilibrées des figures 2.b ou 2.c relatives respectivement aux distances LO et L1 du coude 202 avec un déséquilibre prononcé conséquent du flux à l'entrée 35 d'air 105. Un tel flux non homogène à l'entrée de la 3033399 9 pompe à chaleur HP implique une densité de débit très inégale à l'entrée de l'évaporateur 102, entraînant son fonctionnement non équilibré. Comme cela ressortira plus clairement pour l'homme du métier, ceci donne lieu 5 à une distribution des températures de l'air non homogène qui traverse l'évaporateur 102 ; il s'ensuit une réduction de la puissance frigorifique et du rendement de ce dernier. En effet, cela nous amène à travailler à des températures plus basses que celles 10 théoriquement possibles pour chaque température donnée de l'air à l'entrée et/ou on ne réussit pas à absorber la chaleur dans certaines de ses zones. Une autre conséquence du flux non homogène, est la création de turbulences localisées dans le convoyeur 15 104 avec une augmentation du bruit. Cependant, on observe la non-uniformité de densité de débit et la formation de tourbillons, comme déjà mentionné, également à l'intérieur du convoyeur 104, indépendamment de la densité de débit à l'entrée de ce 20 dernier, non seulement par la déviation sensiblement de 90° subie par l'air lorsque ce dernier pénètre à la verticale par le haut, mais également par la variation de la forme de la section d'écoulement presque toujours circulaire au niveau de l'entrée d'air 105 et 25 rectangulaire sur le front de l'évaporateur106 et divergeant de plus en plus à partir de l'entrée d'air 105 jusqu'au front de l'évaporateur 106. Par conséquent, la non-uniformité de densité de débit sur le front de l'évaporateur 106 a lieu même en l'absence 30 de conduit d'alimentation 2 doté ou pas de courbes ou de coudes 202 et même si l'air ne pénètre pas verticalement dans le convoyeur 4, mais orthogonalement par rapport au front de l'évaporateur106 (voir figure 10).

3033399 10 Selon l'invention, le problème de la non-uniformité de densité de débit ou au moins du tourbillonnement de l'air est partiellement résolu en adoptant une forme conique pour le convoyeur 104 qui, 5 comme représenté sur les figures 4, 5, 7, 8 et 10, passe de manière continue et progressive par la section d'entrée d'air 105, circulaire, à la section de sortie correspondante de l'évaporateur 102 rectangulaire. Selon une variante possible de l'invention (voir 10 la figure 9) pouvant être utilisée en combinaison avec l'une quelconque des autres variantes, on prévoit qu'au moins l'éventuel coude 202 immédiatement en amont de l'entrée d'air 105du convoyeur 104, soit doté d'un déflecteur 206 comprenant des ailettes 207 destinées à 15 réduire le tourbillonnement de l'air à l'intérieur et en aval dudit coude 202. De telles ailettes 207 sont des lames : - à l'intérieur du coude 202, - orthogonales au plan de symétrie du coude 202, 20 - avec une section en arc de cercle concentrique à la courbure du coude 202, - espacées entre elles à une distance appropriée pour guider le flux d'air dans des passages 208 définis par ces dernières.

25 Grâce au déflecteur 206, le flux d'air sort par le coude 202 sensiblement non perturbé selon un profil de vitesse qui, indépendamment de l'effet de bord sur toutes les parois tant du coude 202 que des ailettes 207, est sensiblement et presque immédiatement celui 30 qui, en l'absence de déflecteur 206, est pris par l'air uniquement à ladite distance L3 par le coude 202. En définitive, le profil des vitesses de l'air que l'on obtient à l'entrée d'air 105 est sensiblement celui dépourvu de tourbillons, comme indiqué sur la figure 35 2.e.

3033399 11 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on obtient une réduction des tourbillons à l'intérieur du convoyeur 104, comme illustré en référence aux figures 5, 6, 7, 8 et 10, en dotant ledit 5 convoyeur 104 d'une pluralité de guides de flux 107 appropriés pour former des canaux 108 qui guident le flux d'air de l'entrée d'air 105 où ils ont une section d'entrée de surface Ai, vers le front de l'évaporateur 106 où ils ont une section de sortie de surface Si.

10 Ci-après, un convoyeur 104 muni desdits canaux 108 sera ledit convoyeur 104 à canaux. De préférence, de tels guides de flux 107 : - sont parallèles à la direction prédominante du flux d'air à l'entrée du convoyeur 104 à canaux au 15 niveau de leur bord d'attaque 112 ; - sont orthogonaux au front de l'évaporateur106 au niveau de leur bord de fuite 113. De préférence, pour des raisons de construction, de tels guides de flux 107, dont les plus externes 20 peuvent être deux parois 109 opposées du convoyeur 104 à canaux, sont des plaques de fine épaisseur qui : - commencent par leur bord d'attaque 112 en amont, sensiblement par l'entrée d'air 105, jusqu'à leur bord de fuite 113 en aval vers le front de 25 l'évaporateur106 ; - s'étendent transversalement, c'est-à-dire orthogonalement au plan de symétrie du convoyeur 104 par une largeur Li (voir les figures 8 et 11) jusqu'aux côtés 110 dudit convoyeur 104 à 30 canaux ; - sont chacune distante de la suivante d'une distance moyenne Di. La forme de la section de chaque canal 108 et la surface Ai correspondante varient de l'amont à l'aval, 35 le long des guides de flux 107 par rapport auxdites 3033399 12 valeurs d'entrée Ai et de sortie Si, mais de préférence de manière progressive, sans discontinuité. De préférence et lorsque cela est possible, la section de chaque canal 108 est allongée dans la direction 5 transversale ; en d'autres termes, de préférence et lorsque cela est possible, la distance moyenne Di entre deux guides de flux 107 consécutifs est inférieure à sa largeur Li. Ceci afin de limiter la formation des tourbillons.

10 Les moyens selon l'invention illustrés jusqu'à présent sont appropriés pour éliminer le tourbillonnement de l'air d'une manière progressivement plus efficace, utilisés séparément ou ensemble. Il n'en demeure pas moins qu'au niveau du front de 15 l'évaporateur 106, il puisse s'écouler un flux d'air non-uniforme en termes de densité de débit, en incluant les guides de flux 107, car la vitesse de l'air à la sortie des canaux 108 peut être différente d'un canal à l'autre.

20 Selon un autre perfectionnement, au moins certains guides de flux 107, excepté les deux plus externes s'ils se composent des deux parois 109 opposées du convoyeur 104 à canaux, peuvent s'arrêter à une distance du front de l'évaporateur 106 suffisante pour 25 constituer des plénums (non représentés sur les figures) entre les bords de fuite 113 et le front de l'évaporateur 106 dans lequel les différentes vitesses ont l'occasion de s'égaliser, tout en donnant lieu à quelques mouvements tourbillonnants.

30 Selon un autre perfectionnement préféré, les guides de flux 107 finissent sensiblement en contact avec le front de l'évaporateur 106 avec des sections des canaux 108, aux bords de fuite 113, de la zone de sortie Si de sorte que, en correspondance, la densité 35 de débit de l'air soit sensiblement égale pour chaque 3033399 13 canal et par conséquent, qu'il y ait une alimentation à la même densité de débit dans chaque zone du front de l'évaporateur 106. Ceci équivaut à dire que de tous les canaux 108, l'air doit sortir à la même vitesse.

5 Puisque les largeurs Li de chaque canal 108 ne doivent pas nécessairement être choisies, mais très opportunément, parmi les plus grandes possibles à partir de l'entrée d'air 105 (avec une limite supérieure imposée sensiblement uniquement par les 10 contraintes dimensionnelles de l'évaporateur 102 et de la tête 1 de la pompe à chaleur HP), la mesure correcte de chaque zone d'entrée Ai dépend sensiblement du choix opportun de chaque distance moyenne Di correspondante, en regard des bords d'attaque 112. Une fois la mesure 15 de chaque zone d'entrée Ai établie et donc le débit d'air qui y pénètre, à condition que par rapport aux bords de fuite 113, il y ait une densité de débit sensiblement uniforme pour tous les canaux 108, on détermine les zones correspondantes de sortie Si, étant 20 entendu, comme mentionné, que par la suite, de façon avantageuse la variation de la section de chaque canal 108 de l'entrée à la sortie, est progressive. Sur la figure 6, on indique un moyen simple de satisfaire une telle condition. Sur cette dernière, on 25 représente une partie verticale 203 d'un conduit d'alimentation 2 à distance Ll d'un coude 202 précédent, et donc avec des différences de vitesse importantes. A une distance un peu supérieure à Ll, la partie verticale 203 se raccorde à l'entrée d'air 105.

30 Les sections des canaux 108 ont, au niveau des bords d'attaque 112, une forme de segments circulaires compris entre des cordes successives parallèles espacées les unes des autres Di. Les zones Al, A2, ..., Ai, ..., A6 des sections sont variables en fonction de 35 la vitesse de l'air à l'entrée, de sorte que chaque 3033399 14 canal 108 intercepte un débit d'air égal. Il suffit, à ce stade que les zones de sortie Si soient toutes égales entre elles pour alimenter uniformément l'évaporateur 102. On obtient des zones de sortie Si 5 toutes identiques à leur tour simplement en mettant, au bord de fuite, les largeurs Li toutes identiques à la largeur du front de l'évaporateur 106 et donc les distances Di identiques. Cette solution simple peut cependant ne pas être 10 la meilleure du point de vue du rendement fluidodynamique, parce qu'elle pourrait comporter des canaux 108 nettement divergents (ceux qui commencent avec la zone d'entrée Ai très petite parce qu'ils interceptent l'air où il a les vitesses les plus élevées) avec des 15 formations possibles de tourbillons et par contre également des canaux convergents. Un meilleur procédé pour le choix des sections des canaux 108 est d'imposer que dans chacune de ces dernières, la zone de la section soit une fraction 20 constante de la surface d'écoulement totale de l'entrée à la sortie. En principe, prenons A la somme des surfaces d'entrée Ai et S la somme des surfaces de sortie Si, on pose, pour chaque énième canal 108 des n canaux 108, Ai/A = Si/S et la condition qu'un tel 25 rapport soit maintenu tout au long du développement de chaque canal de cette façon, on obtient des canaux 108 de sections toutes divergentes de manière uniforme où A < S. Ultérieurement, on peut prévoir d'attribuer à 30 chaque rapport Ai/A, une valeur toujours identique ou bien de préférence différente pour un ou plusieurs canaux 108 pour obtenir des canaux 108, dont les surfaces des sections sont une partie principale de ce choix pour les autres canaux ; de cette façon, on peut 35 réaliser des canaux 108 de plus grande section de 3033399 15 passage où le guidage de l'air est moins nécessaire (parce que la vitesse est moindre et/ou sujette à moins de brusques variations de direction). En général, dans les mêmes conditions de 5 distribution des vitesses de l'air à l'entrée d'air 105, une quantité de choix en variante est bien entendu possible, variant au moins tant du nombre de guides de flux 107 que des distances Di entre ces derniers,. La figure 7, qui indique à l'échelle, une 10 distribution concrète possible des guides de flux 107 selon l'invention, représente une solution dans laquelle les distances Di entre deux parois successives de guide 109 sont, contrairement à l'exemple précédent, nettement différentes même à proximité de l'évaporateur 15 102 et donc les zones de sortie Si sont tout aussi différentes et ceci selon une séquence de distances Di non intuitive mais qui, en réalité, tient compte d'une multiplicité de facteurs géométriques et fluidodynamiques que l'homme du métier connaît bien, tels 20 que, de manière non exhaustive : - les contraintes de largeurs Li placées à partir du diamètre de l'entrée d'air 105 et à partir du développement divergent des côtés 110 ; - les pertes de charge le long des surfaces de 25 chaque canal 108 ; - les limites du degré de divergence de chaque canal 108 pour éviter des détachements de veine ; - les limites de distances Di pour éviter les 30 formations de tourbillons ; - les limites pratiques du nombre de canaux 108 ; - la variation de la distribution des vitesses de l'air à l'entrée dans des marges raisonnables (par exemple en fonction des limites maximum et 3033399 16 minimum définies de la distance L d'un coude 202 de l'entrée d'air 105) ; - etc. De telles conditions sont toutes interdépendantes 5 et les nombreuses solutions ne s'obtiennent que d'une manière récurrente avec des simulations de mécanique des fluides sur un ordinateur par le biais d'un ou de plusieurs logiciels spécialisés. Par exemple, la structure de la figure 7 a été 10 découverte à l'aide des logiciels suivants bien connus: Ansys Meshing, ANSYS CFX, ModeFRONTIER, sur les prestations desquels il n'est pas nécessaire de s'étendre étant donné qu'elles sont connues par l'homme du métier de la mécanique des fluides.

15 Egalement, la quantification de la distribution des vitesses de l'air à différents points dans un conduit en aval d'un coude avec ou sans déflecteur 206 et en regard de l'entrée d'air 105, peut être réalisée soit de manière expérimentale, soit à l'aide de 20 simulateurs de mécanique des fluides. Si nécessaire, même la conception du déflecteur 206 peut recourir aux logiciels mentionnés ci-dessus. Etant entendu que, selon le mode de réalisation préféré de l'invention, la condition sine qua non émise 25 pour déterminer la forme des canaux 108 réside dans le fait qu'à partir de ces derniers, l'air sorte de l'évaporateur 102 avec une densité de débit variable d'une zone à l'autre dans des marges prédéterminées, retenues comme étant acceptables, où de telles marges 30 dépendent sensiblement de la plage de variation prévisible ou acceptable de la distribution de la vitesse de l'air à l'entrée d'air 105. Puisque l'on a vu que la distribution de la vitesse de l'air est étroitement liée à la distance L 35 d'un coude 202 de l'entrée d'air 105, ladite plage de 3033399 17 variation prévisible ou acceptable de la distribution de la vitesse de l'air à l'entrée d'air 105 équivaut à établir une plage de variation prévisible ou acceptable de la distance L dudit coude 202 de ladite entrée d'air 5 105. Naturellement, si la plage de variation prévisible pour ladite distance pour obtenir une densité de débit variable d'une zone à l'autre dans des marges acceptables est excessive, le convoyeur 104 à canaux 10 peut être prévu en plusieurs versions, chacune optimisée pour une plage particulière de variation de ladite distance L. Cependant, on a également vu que l'utilisation d'un déflecteur 206 à l'intérieur du coude 202 plus 15 proche de l'entrée d'air 105 égalise sensiblement la distribution des vitesses à ladite entrée, indépendamment de l'importance de ladite distance L, par conséquent l'utilisation conjointe d'un tel déflecteur 206 et des canaux 108 permet, pour chaque 20 modèle de pompe à chaleur HP, à une version unique de convoyeur 104 à canaux d'être suffisante, ce qui équivaut à dire que la plage de variation prévisible est également acceptable. Une telle version unique de convoyeur 104 à canaux 25 peut également être utilisable dans le cas où l'air entrant par l'entrée d'air 105 ne provient pas d'un conduit d'alimentation 2, mais de la pièce d'installation de la pompe à chaleur V. L'invention s'applique naturellement aux 30 convoyeurs 104 avec n'importe quelle position relative entre l'entrée d'air 105 et le front de l'évaporateur 106 ; en particulier, l'invention, telle que décrite, s'applique au cas dans lequel l'air entre horizontalement dans le convoyeur 104, comme dans le 35 cas de la figure 10.

3033399 18 En appliquant l'invention, on a constaté par voie expérimentale que le COP (coefficient de performance) d'une pompe à chaleur avec évaporateur à air peut être amélioré jusqu'à 16%.

5 Il est évident que l'invention, bien que décrite uniquement en référence au cas d'un évaporateur 102 précédé par un convoyeur 104 d'une pompe à chaleur (HP), peut s'appliquer à n'importe quel convoyeur 104 : - associé à un échangeur de chaleur 102 entre 10 l'air et un autre moyen, - où ledit convoyeur 104 est destiné à guider l'entrée dudit air vers le front de l'échangeur 106 du côté air dudit échangeur de chaleur 102, - ledit front de l'échangeur étant sensiblement 15 plan, - où en particulier un tel échangeur de chaleur 102 peut être l'évaporateur ou bien le condenseur d'une pompe à,chaleur.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Convoyeur (104) associé à un échangeur de chaleur (102) entre l'air et un autre milieu et destiné à guider l'entrée dudit air vers le front de l'échangeur (106) du côté air dudit l'échangeur de chaleur (102), ledit front de l'échangeur (106) étant sensiblement plan, caractérisé en ce que : ledit convoyeur (104) a une forme conique qui passe de manière continue et progressive de la section d'entrée d'air (105) circulaire, à la section de sortie correspondante dudit échangeur de chaleur (102).
2. 2. Convoyeur (104) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que : ledit convoyeur (104) est doté d'une pluralité de guides de flux (107) appropriés pour former des canaux (108) qui guident le flux d'air de ladite entrée d'air (105) où ils ont une section d'entrée de surface Ai vers ledit front de l'échangeur (106) où ils ont une section de sortie de surface Si.
3. 3. Convoyeur (104) selon la revendication 25 précédente, caractérisé en ce que lesdits guides de flux (107) : - sont parallèles à la direction prédominante du flux d'air à l'entrée dudit convoyeur (104) au niveau de leur bord d'attaque (112) ; 30 - sont orthogonaux audit front de l'échangeur (106) au niveau de leur bord de fuite (113).
4. 4. Convoyeur (104) selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que lesdits 35 guides de flux (107) : 3033399 20 - commencent à partir de leur dit bord d'attaque (112) sensiblement jusqu'à leur dite entrée d'air (105) ; - s'étendent transversalement jusqu'aux côtés 5 (110) dudit convoyeur (104).
5. 5. Convoyeur (104) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites sections de chacun desdits canaux (108) sont allongées 10 dans une direction transversale.
6. 6. Convoyeur (104) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'au moins certains guides desdits guides de flux (107), excepté 15 les plus externes s'ils se composent des deux parois (109) opposées dudit convoyeur (104), s'arrêtent à une distance dudit front de l'échangeur (106) suffisante pour constituer des plénums entre lesdits bords de fuite (113) et le front de l'échangeur (106). 20
7. 7. Convoyeur (104) selon l'une quelconque des revendications précédentes, excepté la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits guides de flux (107) finissent sensiblement en contact avec ledit front de l'échangeur (106) avec des sections desdits canaux (108) auxdits bords de fuite (113) de la surface de sortie Si de sorte que, en correspondance, la densité de débit de l'air est sensiblement égale pour chacun desdits canaux (108).
8. 8. Convoyeur (104) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites sections desdits canaux (108) ont, auxdits bords d'attaque (112), des surfaces Al, A2, ..., Ai, ..., A6 variables en fonction de la vitesse de l'air à l'entrée, de sorte 3033399 21 que chacun desdits canaux (108) capte un débit d'air identique.
9. 9. Convoyeur (104) selon la revendication 7, 5 caractérisé en ce que lesdites sections desdits canaux (108) sont de l'entrée à la sortie, une fraction constante Ai/A = Si/S de la surface d'écoulement totale. 10
10. 10. Convoyeur (104) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites fractions constantes Ai/A = Si/S de la surface d'écoulement totale ont une valeur différente pour un ou plusieurs desdits canaux (108), en particulier pour pouvoir 15 réaliser lesdits canaux (108) de section d'écoulement supérieure où l'on estime qu'il est moins nécessaire de guider l'air.
11. 11. Convoyeur (104) selon la revendication 20 précédente, caractérisé en ce que la distribution desdits guides de flux (107) est celle représentée à l'échelle sur la figure 7.
12. 12. Convoyeur (104) selon l'une quelconque des 25 revendications 7 à 11, caractérisé en ce que ledit convoyeur (104) est prévu en plusieurs versions, chacune optimisée pour une plage particulière de variation des vitesses de l'air à l'entrée et/ou pour une plage particulière de variation de la distance L 30 d'un éventuel coude (202) de ladite entrée d'air (105).
13. 13. Pompe à chaleur (HP) air-air ou air-eau dans laquelle, pour amener l'air constituant la source de chaleur pour l'évaporateur (102) vers le front (106) 35 dudit évaporateur (102), on prévoit un convoyeur (104), 3033399 22 caractérisée en ce qu'elle comporte un convoyeur conforme à une ou plusieurs des revendications 1 à 12.
14. 14. Pompe à chaleur (HP) air-air ou air-eau selon 5 la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est adaptée, en amont dudit convoyeur (104), avec un conduit d'alimentation (2) comprenant au moins un coude (202) suivi d'une partie de conduit horizontale (201), ledit coude (202) étant doté d'un déflecteur (206) 10 comprenant des ailettes (207) destinées à réduire le tourbillonnement de l'air à l'intérieur et en aval dudit coude (202).
15. 15. Pompe à chaleur (HP) air-air ou air-eau dans 15 laquelle, pour amener l'air constituant la source de chaleur pour le condenseur (102) vers le front (106) 'dudit condenseur (102), on prévoit un convoyeur (104), caractérisée en ce qu'elle comporte un convoyeur conforme à une ou plusieurs des revendications 1 à 12. 20
16. 16. Pompe à chaleur (HP) air-air ou air-eau selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle adaptée, en amont dudit convoyeur (104), avec un conduit d'alimentation (2) comprenant au moins un coude 25 (202) suivi par une partie de conduit horizontale (201), ledit coude (202) étant doté d'un déflecteur (206) comprenant des ailettes (207) destinées à réduire le tourbillonnement de l'air à l'intérieur et en aval 30 dudit coude (202).